《Journal of Agriculture and Food Research》：Glutathione-rich yeast extract improves alcohol-associated liver diseases through the improvement of mitochondrial dysfunction and oxidative stress by activating SIRT3
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本研究针对酒精性肝病（ALD）中线粒体功能障碍和氧化应激的关键病理环节，探讨了富含谷胱甘肽（GSH）的酵母提取物（GYE）的干预效果及机制。研究人员通过乙醇喂养小鼠模型和乙醇处理HepG2细胞实验，发现GYE能显著改善肝损伤，提升肝脏GSH含量，并通过激活SIRT3表达，有效逆转乙醇诱导的线粒体生物合成、动力学紊乱及脂肪酸β-氧化抑制，同时抑制CYP2E1/SOD2通路相关氧化应激。该研究为营养干预策略防治ALD提供了新靶点和实验依据。
在全球范围内，过量饮酒已成为严重的公共卫生问题。根据世界卫生组织2024年的最新报告，2019年全球约有260万人死于酒精相关性疾病，占全球总死亡人数的4.7%。肝脏作为酒精代谢的主要场所，极易受到酒精性损伤，酒精相关性肝病（ALD）便是其中最主要的肝脏疾病之一，也是肝病相关死亡最常见的原因之一。ALD的临床表现多样，可从单纯的肝脏脂肪变性、脂肪性肝炎、肝纤维化，逐步发展为更严重的酒精性肝硬化、肝衰竭甚至肝癌，这些晚期病变往往是不可逆的。近年来，随着酒精消费量的增加，ALD的患病率也迅速攀升，尤其在亚洲地区，其疾病负担日益加重。然而，目前美国食品药品监督管理局尚未批准任何专门用于治疗ALD的药物，戒酒和营养支持仍是常规的治疗手段。因此，从营养学角度探索具有生物活性的成分，成为ALD防治的一个重要方向。
酒精性肝病的发病机制复杂，尚未完全阐明。现有研究表明，酒精代谢过程中产生的代谢物可通过多种途径诱导肝损伤，例如过量活性氧（ROS）的产生、脂质代谢紊乱、剧烈的炎症反应以及肝细胞凋亡等。在亚细胞水平上，酒精诱导的线粒体功能障碍被认为是ALD发生发展的关键因素。线粒体是肝细胞内负责脂肪酸β-氧化的关键细胞器，酒精引起的线粒体损伤会抑制脂肪酸的β-氧化，导致肝细胞内脂肪酸酯化为甘油三酯，最终引发肝脏脂肪变性。此外，线粒体也是酒精作用下氧化剂的主要来源，酒精干扰线粒体电子传递链，导致电子“泄漏”给氧分子形成超氧阴离子自由基（O2•?），进而引发氧化应激。因此，靶向改善线粒体功能可能成为预防ALD的一个有价值策略。
在此背景下，发表于《Journal of Agriculture and Food Research》的一项研究，将目光投向了一种富含谷胱甘肽（GSH）的酵母提取物（GYE）。GYE源自酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae），富含蛋白质、氨基酸、纤维、微量元素以及高达11%的还原型GSH。GSH是一种重要的细胞内抗氧化剂，主要在细胞质中合成并被输送至线粒体，在线粒体内保护其免受氧化损伤，并中和ATP生产过程中电子直接传递给分子氧所产生的超氧化物。由于酒精代谢过程中线粒体内ROS的大量产生会导致GSH耗竭，进而显著抑制线粒体基础呼吸和ATP的产生，因此富含GSH的GYE在调节线粒体功能、预防ALD方面具有巨大潜力。然而，其具体作用机制尚不明确。
为了评估GYE对ALD的保护作用并深入探究其机制，研究人员开展了一系列体内外实验。研究主要采用了慢性乙醇喂养的C57BL/6J小鼠模型以及乙醇处理的人肝癌细胞系（HepG2）模型。关键的技术方法包括：通过苏木精-伊红（HE）染色和油红O染色评估肝脏组织病理变化和脂质沉积；利用透射电子显微镜（TEM）观察肝细胞线粒体超微结构；采用二氢乙啶（DHE）荧光探针检测组织及细胞内的活性氧（ROS）水平；通过试剂盒测定谷胱甘肽（GSH）、氧化型谷胱甘肽（GSSG）、甘油三酯（TG）和总胆固醇（TC）的含量；运用蛋白质印迹法（Western blot）和实时定量聚合酶链式反应（RT-qPCR）分析相关蛋白和基因的表达水平；借助免疫组织化学（IHC）和免疫荧光技术检测SIRT3等蛋白的定位与表达；使用JC-1荧光探针评估线粒体膜电位（MMP）；并通过小干扰RNA（siRNA）转染技术特异性敲低HepG2细胞中的SIRT3表达，以验证其介导作用。
3.1. GYE alleviated chronic ethanol-induced liver injury of mice（GYE减轻慢性乙醇诱导的小鼠肝损伤）
研究人员发现，与对照组相比，慢性乙醇喂养导致小鼠肝脏体积增大、质地不均、颜色发黄、边缘变钝，肝脏重量增加，并出现显著的肝内脂质积聚，血清和肝脏中的TG和TC水平均显著升高。而补充GYE后，小鼠肝脏的宏观形态接近正常组，肝脏重量降低，肝内脂滴的数量和大小均减少，血清和肝脏中的TG和TC水平也显著下降。这些结果表明GYE能有效缓解酒精性肝病。
3.2. GYE attenuated ethanol-induced mitochondrial damage（GYE减轻乙醇诱导的线粒体损伤）
透射电镜观察显示，慢性乙醇暴露导致小鼠肝细胞线粒体形态出现显著退行性改变，包括形状异常、碎片化、线粒体基质肿胀或空泡化、嵴断裂或消失以及内膜破坏。而GYE处理显著减轻了这些线粒体形态异常，增加了线粒体的长宽比和正常线粒体的数量。
3.3. GYE improved ethanol-induced hepatocyte mitochondrial dysfunction（GYE改善乙醇诱导的肝细胞线粒体功能障碍）
研究进一步评估了线粒体功能相关指标。结果表明，乙醇喂养显著降低了线粒体生物发生关键调控因子PGC-1α、NRF1和TFAM的mRNA和蛋白表达水平，同时扰乱了线粒体动力学平衡，表现为促融合蛋白MFN2和OPA1表达下调，而促分裂蛋白DRP1表达上调。此外，参与脂肪酸β-氧化的关键蛋白PPARα和CPT1A的表达也因乙醇处理而下降。GYE干预则能显著逆转这些蛋白表达的异常变化，表明GYE能够促进线粒体生物发生、维持线粒体动力学平衡并改善脂肪酸β-氧化。
3.4. GYE suppressed hepatic oxidative stress and improved the respiratory chain in ethanol-fed mice（GYE抑制乙醇喂养小鼠的肝脏氧化应激并改善呼吸链）
研究发现，慢性乙醇暴露导致小鼠肝脏ROS水平显著升高，总GSH含量和GSH/GSSG比值显著降低。同时，ROS生成的关键酶CYP2E1和脂质过氧化标志物4-HNE的蛋白表达上调，而关键抗氧化酶SOD2的表达下调。线粒体呼吸链复合物I（COXⅠ）和复合物III（COXIII）的蛋白表达以及mtDNA编码基因ND1和CytB的mRNA表达也因乙醇而降低。GYE处理能有效抑制ROS生成，提高GSH水平和GSH/GSSG比值，下调CYP2E1和4-HNE表达，上调SOD2表达，并恢复COXⅠ、COXIII、ND1和CytB的水平，表明GYE具有强大的抗氧化作用并能改善线粒体呼吸链功能。
3.5. GYE enhanced the expression of SIRT3 in the liver（GYE增强肝脏中SIRT3的表达）
免疫组化和蛋白质印迹分析均显示，乙醇喂养抑制了小鼠肝脏中SIRT3的蛋白表达，而GYE给药则能显著上调SIRT3的表达水平。
3.6. GYE ameliorated ethanol-induced lipid accumulation in HepG2 cells（GYE改善乙醇诱导的HepG2细胞脂质积聚）
在细胞实验中，研究人员首先确定了乙醇（100 mM）和GYE（0.5 mM）的最佳干预浓度。油红O染色和线粒体-脂滴双荧光染色结果表明，GYE处理能有效减少乙醇诱导的HepG2细胞内脂滴沉积，同时增加线粒体数量。
3.7. GYE inhibited ethanol-induced oxidative stress in HepG2 cells and improved MMP（GYE抑制乙醇诱导的HepG2细胞氧化应激并改善MMP）
乙醇处理显著增强了HepG2细胞内的DHE荧光强度（表明ROS过量产生），并降低了GSH水平和线粒体膜电位（MMP，表现为JC-1单体/聚合物比值升高）。GYE干预则能逆转这些变化，抑制ROS生成，提高GSH含量，并稳定MMP。
3.8. GYE increased the expression of SIRT3 in ethanol-treated HepG2 cells（GYE增加乙醇处理的HepG2细胞中SIRT3的表达）
免疫荧光和蛋白质印迹结果显示，乙醇处理降低了HepG2细胞中SIRT3的蛋白表达和脱乙酰酶活性，而GYE干预能显著上调SIRT3的表达并恢复其活性。通过siRNA特异性敲低SIRT3后，GYE对SIRT3的上调作用被几乎完全抵消。
3.9. GYE failed to alter the ethanol-induced mitochondrial damage and ROS production in SIRT3-siRNA transferred cells（在SIRT3-siRNA转染的细胞中，GYE未能改变乙醇诱导的线粒体损伤和ROS产生）
当使用siRNA敲低SIRT3后，GYE对乙醇诱导的MMP下降、ROS过量生成、线粒体呼吸链复合物（COXⅠ、COXIII）表达异常、线粒体动力学蛋白（MFN2、OPA1、DRP1）表达紊乱以及氧化应激相关蛋白（CYP2E1、SOD2）表达改变的改善作用均被显著削弱或取消。
3.10. GYE promoted mitochondrial biogenesis and fatty acid β-oxidation in ethanol-treated HepG2 cells by regulating SIRT3（GYE通过调节SIRT3促进乙醇处理的HepG2细胞线粒体生物发生和脂肪酸β-氧化）
最后，研究证实，在SIRT3表达正常的情况下，GYE能增加线粒体数量、减少脂质沉积，并上调线粒体生物发生（PGC-1α、NRF1、TFAM）和脂肪酸β-氧化（PPARα、CPT1A）关键蛋白的表达。然而，在SIRT3缺陷的细胞中，GYE的这些有益效应被阻断。
综上所述，本研究证实富含谷胱甘肽的酵母提取物（GYE）能够通过激活SIRT3，多维度改善乙醇诱导的肝细胞线粒体功能障碍，包括促进线粒体生物发生、维持线粒体动力学平衡、增强脂肪酸β-氧化能力，并有效抑制氧化应激，从而发挥对酒精性肝病（ALD）的保护作用。讨论部分指出，与以往主要关注酵母提取物广谱营养作用的研究不同，本研究首次系统揭示了GYE，特别是其富含的GSH，通过SIRT3这一关键靶点，在防治特定疾病——ALD中的精确分子机制。这不仅为理解GYE的生物学功能提供了新的深度，也为将GYE开发成为一种基于农业来源的功能性食品成分，用于预防和管理ALD提供了坚实的科学依据，架起了农业研究与人类健康应用之间的桥梁。研究的局限性在于使用了HepG2细胞系而非原代肝细胞，以及小鼠模型与人类ALD病理环境的差异，未来研究可在此基础上进一步优化模型，提升结果的临床转化潜力。
